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高性能计算机I/O总线技术研究

作　者: 李波
导　师: 彭喜元
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: I/O总线 PCI Express DMA WDM驱动
分类号: TP336
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 168次
引　用: 5次
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内容摘要

计算机I/O总线存在的意义在于实现CPU与多种外设的高效互联。PCI Express作为第三代计算机I/O总线的主流,已经初步取代PCI为主的第二代I/O总线;在即将到来的大范围普及中,PCI Express体现出的强大适应能力和高度的灵活性,让相关生产厂家和用户都充满期待,这也在很大程度上预示着PCI Express总线技术在短期内将出现较大市场需求。本文重点着眼于PCI Express总线技术分析、PCI Express总线设备开发和基于PCI Express总线的高性能数据传输方法研究。首先,简介计算机I/O总线技术发展现状,并论述本文将要重点研究的PCI Express总线技术特性。然后,对PCI Express总线技术的原理以及层次结构进行分析,在此基础上提出一个PCI Express总线设备的硬件设计方案。论文重点研究了该方案的PCI Express高速总线接口设计、高性能DMA传输等关键技术。另外,在硬件设计的基础上,还介绍了PCI Express总线设备WDM驱动程序原理和DMA驱动管理等关键方法。最后,结合设计方案的综合验证和测试,深入分析了PCI Express总线设备的数据传输性能,提出了较详细的硬件、驱动程序和传输性能测试方案、方法,并给出了详细的性能测试指标。测试分析表明:本文开展的PCI Express技术研究,很好地完成了PCI Express总线设备的硬件设计和驱动程序开发,提出的PCI Express设备高性能DMA传输方法在发送和接收两个方向上均可获得很高的传输速率,优于目前广泛使用的PCI总线技术,具备了一定实用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 计算机I/O总线技术的概念  9
  1.2 国内外发展概况和研究现状  9-11
    1.2.1 计算机I/O总线发展历程  9-10
    1.2.2 PCI Express与I/O总线的关系  10-11
  1.3 课题的来源、目的和意义  11-12
  1.4 主要研究内容和文章结构  12-13
第2章 PCI Express技术分析  13-27
  2.1 PCI Express主要元素  13-16
    2.1.1 PCI Express设备  13-14
    2.1.2 链路  14-15
    2.1.3 通路  15-16
    2.1.4 TC、VC和QoS  16
  2.2 PCI Express事务  16-21
    2.2.1 事务分类  17
    2.2.2 事务协议分析  17-21
  2.3 PCI Express层次结构  21-26
    2.3.1 事务层分析  22-23
    2.3.2 数据链路层分析  23-25
    2.3.3 物理层分析  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 PCI Express技术硬件设计  27-46
  3.1 硬件方案设计  27-31
    3.1.1 设计需求分析  27-28
    3.1.2 设计原则  28-29
    3.1.3 方案设计  29-31
  3.2 PCI Express高速接口设计  31-37
    3.2.1 传输线原理概述  31-32
    3.2.2 高速接口设计原则  32-35
    3.2.3 约束布线  35-37
    3.2.4 PCB测试分析  37
  3.3 Local总线接口设计  37-40
    3.3.1 配置电路设计  37-38
    3.3.2 数据传输接口设计  38-40
  3.4 高性能DMA传输方法设计  40-44
    3.4.1 PCI Express数据传输综述  40-41
    3.4.2 DMA传输硬件实现  41-42
    3.4.3 DMA传输优化方法  42-43
    3.4.4 总线效率优化  43-44
  3.5 供电设计  44-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章 PCI Express总线设备驱动程序设计  46-59
  4.1 WDM驱动技术综述  46-50
    4.1.1 Windows 2000 组件模型  46-47
    4.1.2 WDM驱动原理简介  47-49
    4.1.3 驱动开发工具选择  49-50
  4.2 PCI Express设备驱动技术分析  50-53
    4.2.1 PCI Express配置空间原理  50-52
    4.2.2 PCI Express配置访问机制  52-53
  4.3 驱动设计的关键方法  53-58
    4.3.1 数据空间映射  53-54
    4.3.2 IRP操作  54-56
    4.3.3 DMA传输管理  56-57
    4.3.4 中断处理  57-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章调试与性能测试分析  59-73
  5.1 调试方法和调试问题分析  59-62
    5.1.1 调试方法  59-61
    5.1.2 主要调试问题分析  61-62
  5.2 硬件测试与分析  62-64
  5.3 驱动程序测试  64-65
  5.4 数据传输性能测试与分析  65-72
    5.4.1 传输速度测试与分析  66-71
    5.4.2 误码率测试与分析  71-72
  5.5 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-77
附录1 PCI Express x1 通讯卡实物  77-78
攻读学位期间发表的学术论文  78-80
致谢  80

高性能计算机I/O总线技术研究

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